复杂载荷下LNG弹性液舱非线性动力响应及其制荡机理

发展液化天然气（LNG）海上运输是优化我国能源结构的重点战略，是保护生态环境、可持续发展的科学选择。LNG液舱是整个运输过程中最重要的环节。目前，我国已初步具备LNG液舱的制造能力，但其核心设计技术及相关基础理论研究依然较为薄弱，已成为制约LNG运输产业快速发展的主要瓶颈。本项目拟通过理论分析、物模试验和数值模拟相结合的方法，围绕复杂海洋环境载荷作用下、LNG船弹性液舱内非线性动力响应的关键科学问题开展工作，具体包括：“不规则波作用下LNG弹性液舱内水动力特性研究”、“不规则波作用下LNG弹性液舱的结构动力响应研究”和“LNG船弹性液舱内制荡机理研究”。通过研究，建立海洋环境载荷作用下弹性液舱内液体晃荡的三维流固耦合数学模型，得到液体作用于液舱上的晃荡压力的变化特性、弹性舱壁的振动特性及其对晃荡压力分布的影响规律等，进一步建立弹性液舱内晃荡载荷简化计算模式，对制荡机理进行分析与讨论。 2100433B

本项目紧紧抓住高地应力和复杂动力扰动这两项岩爆孕育和触发的关键因素，致力于研究并揭示综合考虑这两项关键因素的岩爆动力学机理和能量释放机制。发展基于分离式霍普金森压杆的围压-动静组合加载新装置，开展岩石在无围压以及不同围压下、正入射以及不同斜入射角度下的复杂动力扰动岩爆试验，研究试样破断和能量传递耗散规律，以及复杂动力扰动下动静组合岩爆动力学机理和灾变判据。结合高应力地下洞室开挖爆破工程进行微震监测，验证实验室发展的岩爆动力学机理和岩爆判据，揭示高应力地下洞室岩爆孕育和灾变过程的动力学机理与能量释放机制。该研究对于岩爆动力灾害机理解释及其防治，具有重要的科学意义和工程应用价值。

众所周知，超声激励下微悬臂梁非线性动力学特性对原子力声学显微镜(AFAM)的性能及其应用具有非常重要的影响。本项目旨在探讨超声激励下微悬臂梁强非线性振动机理及其控制方法。首先，拟通过建立合理的数学模型并结合数值仿真结果，对大振幅超声激励下微悬臂梁强非线性接触共振谱特性进行研究，分析DMT和JKR接触模型共振谱特性差异。其次，运用次谐Melnikov解析方法和数值方法分析微悬臂梁次谐波周期碰撞振动轨道的存在性、稳定性及分岔特性，并利用相平面图、Poincare映射、功率谱和Lyapunov 指数等研究n/m次谐波周期运动和混沌的非线性动力学行为。最后，我们在分析微悬臂梁振动通向混沌的途径及其特征的基础上，进而探索利用分区控制和延迟反馈方法对微悬臂梁非光滑动力学系统的混沌运动实施有效控制。上述研究将为强非线性接触共振谱和次谐波工作模式在AFAM中的应用奠定初步的理论基础。